Блок управления горелочным устройством для сжигания газожидкостных смесей

Блок управления горелочным устройством для сжигания газожидкостных смесей

Виктор Пальгов

В статье рассматривается применение контроллеров FASTWEL I/O в системе автоматического управления горелочным устройством для сжигания газожидкостных смесей.

ВСТУПЛЕНИЕ

Машиностроительное предприятие, занимающееся производством технологических узлов и блоков заводской готовности для нефтегазового рынка, всегда должно стремиться выпускать изделия, наиболее полно удовлетворяющие запросы покупателей, в идеале – реализовывать свою продукцию, что называется под ключ, предъявляя заказчику оборудование, полностью готовое к эксплуатации. Из этих побуждений завод «Газпроммаш» выстраивает стратегию деятельности: осуществлять полный цикл производства – от разработки проектной и конструкторской документации до монтажных и пусконаладочных работ на объекте, включая средства автоматизации и программного обеспечения. Стремясь расширить ассортимент выпускаемой продукции и освоить новые рынки сбыта, завод «Газпроммаш» активно осваивает производство оборудования для нефтегазодобывающих предприятий и газоконденсатных промыслов. Одним из таких изделий стала горизонтальная горелочная установка для сжигания некондиционных газов, промышленных стоков и газожидкостных смесей, дальнейшая переработка которых невозможна или экономически нецелесообразна (рис. 1). Условия эксплуатации подобных установок определяют жёсткие требования к составу контрольно-измерительного оборудования и системе локальной автоматики горелки.

   

Рис. 1. Макет горелочной установки и её практическая реализация

ВЫБОР ПЛАТФОРМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Перед специалистами завода стояла непростая задача. С одной стороны, требовалось обеспечить необходимый уровень безотказности системы локальной автоматики, принимая во внимание и жёсткие условия эксплуатации, и необходимость реализации надёжного дистанционного управления. С другой стороны, нужно было избежать избыточности технических средств, отдавая при этом приоритет изделиям отечественных производителей. В результате проведённого анализа рынка промышленных контроллеров, как российского производства, так и зарубежного, выбор пал на модульный программируемый логический контроллер для жёстких условий эксплуатации FASTWEL I/O производства российской фирмы «ФАСТВЕЛ».

АРХИТЕКТУРА И СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ

Несмотря на то что система локальной автоматики имеет классическую структуру «датчики – контроллер – исполнительные устройства», отраслевая специфика накладывает свои особенности, и законченное устройство существенно отличается от подобного оборудования общепромышленного исполнения, в первую очередь, требованиями к оборудованию для работы во взрывоопасных зонах, поэтому все компоненты блока управления заключены во взрывонепроницаемую оболочку. Структурная схема блока управления факелом приведена на рис. 2. В базовом исполнении аппаратный состав контроллера FASTWEL I/O определяется конструкцией и назначением горелочного устройства. Для обеспечения контроля и управления факелом в составе контроллера используются следующие модули:

• программируемый контроллер узла сети CPM713-01;
• модуль подключения источника питания 24 В OM751-01;
• модуль дискретного вывода DIM719- 01;
• модуль дискретного ввода DIM762- 01;
• модуль аналогового ввода AIM723-01;
• модуль релейного вывода DIM713-01;
• модуль оконечной нагрузки шины OM750-01.

Рис. 2. Структура блока управления факелом

Такой набор модулей полностью обеспечивает необходимую функциональность блока управления факелом:

• измерение давления топливного газа;
• регистрация сигнала от датчика-реле контроля пламени; 
• управление трансформатором розжига; 
• управление аварийным оповещателем; 
• обмен информацией с системой верхнего уровня автоматизации;
• приём сигналов от кнопок управления и индикация состояния блока.

Конструктивно блок управления факелом представляет собой взрывозащищённый корпус с маркировкой взрывозащиты 1ExdIIBT5 и с расположенными на передней крышке органами управления и индикации (рис. 3). Состояние горелочной установки индицируется пятью сигнальными лампами:

• индикация автоматического режима работы; 
• индикация наличия питания блока; 
• аварийный сигнал отсутствия пламени; 
• аварийный сигнал низкого давления топливного газа; 
• индикация включения розжига.

Из органов управления на крышке блока установлены переключатель режима работы, кнопка розжига и кнопка аварийного отключения подачи топливного газа.

Рис. 3. Внешний вид и конструктивное исполнение блока управления факелом

АЛГОРИТМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ

Конструкция блока и программное обеспечение контроллера позволяют управлять горелкой как с помощью местных органов управления, так и дистанционно с центрального пункта, объединяющего несколько факельных установок. Дистанционное управление блоком осуществляется путём обмена данными по волоконно-оптическому кабелю в протоколе Modbus TCP. Подключение одномодового волоконно-оптического канала связи к коммуникационному порту контроллера реализовано с помощью медиаконвертера MOXA IMC-21. После получения команды на запуск процесса сжигания газожидкостных продуктов контроллер выполняет алгоритм розжига горелки, отслеживая давление топливного газа и сигнала от датчика-реле контроля пламени. В случае нескольких неудачных попыток розжига включается аварийный оповещатель. Если розжиг прошёл успешно, контроллер переключается в рабочий режим горения. Как видно из описания, алгоритмы блока управления факелом достаточно просты и для первого знакомства с системой FASTWEL I/O вполне показательны. А то обстоятельство, что программное обеспечение для FASTWEL I/O создаётся в среде разработки CODESYS, дополненной пакетом адаптации прикладных программ, способствует ускоренному освоению новой для специалиста линейки контроллеров по сравнению с аналогичными ПЛК, производители которых предпочли разрабатывать собственные среды программирования.

Рис. 4. Модуль контроллера FASTWEL I/O CPM713

ИЗ ОПЫТА РАЗРАБОТКИ

Надо сказать, что, работая в среде CODESYS, мы столкнулись с интересным явлением. Располагая всеми возможностями пяти языков программирования, определяемыми стандартом МЭК 61131-3, программисты упорно продолжали разрабатывать программы на языке структурированного текста (ST), напоминающем по синтаксису язык Паскаль. На предложения перевести простые алгоритмы, не требующие витиеватых логических обработок данных, на языки релейных схем (LD) или функциональных блоков (FBD) профессионалы языка Си и мастера Си++ отвечали, что за релейными схемами и функциональными блоками не видят логику работы программы. Это говорит о том, что, продвигая контроллеры FASTWEL I/O всеми возможными способами на рынок ПЛК, фирме «ФАСТВЕЛ» придётся приложить ещё немало усилий для популяризации стандарта МЭК 61131-3 и среды разработки CODESYS, в частности. Работа над автоматизацией установки по сжиганию газожидкостных смесей открыла перед специалистами завода «Газпроммаш» ряд положительных качеств контроллеров FASTWEL I/O (рис. 4). В первую очередь, это такие характеристики, как относительно компактные габариты и широкий диапазон рабочих температур (–40…+85°С), позволяющие устанавливать контроллеры в ограниченном пространстве взрывозащищённых оболочек и применять их в жёстких климатических условиях Крайнего Севера. Во-вторых, это внушительные показатели отказоустойчивости (среднее время наработки на отказ контроллера CPM713 составляет 500 000 часов), которые дают возможность использовать данное оборудование в труднодоступных местах, таких как нефтяные и газовые промыслы, при значительном удалении эксплуатирующего персонала. Не последнее место в обширном перечне положительных характеристик серии занимает и весьма ощутимая работа инженеров FASTWEL по расширению номенклатуры модулей ввода-вывода и модельного ряда контроллеров. Примером может служить недавнее анонсирование выпуска нового универсального контроллера CPM723-1, который в полном объёме можно использовать в системах сбора данных и управления технологическими процессами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный проект стал своеобразным откликом завода «Газпроммаш» в поддержку отечественных производителей ПЛК. Система, ядром которой являются контроллер и модули ввода-вывода FASTWEL I/O, показала себя надёжной и практичной. В связи с этим завод «Газпроммаш» принял оборудование FASTWEL в качестве базы для своей перспективной разработки – САУ ГРС, о которой мы расскажем читателям в другой статье.